土壤与植物磷素营养与化学磷肥8.1.1 土壤磷素营养8.1.1.1 土壤中磷的形态与含量土壤全磷（soil total phosphorus）自然土壤中全磷含量主要取决于成土母质类型、风化程度和土壤中磷的淋出情况。
在耕地土壤中，全磷含量还受到人为因素如耕作、施肥等过程的影响。
大部分成土母岩的全磷含量在500~1400 mg/kg之间，平均在1000~1200 mg/kg 之间，从世界范围来看，土壤全磷含量大体在200~5000 mg/kg范围内，平均500 mg/kg，我国土壤的全磷含量大部分变化在200~1100 mg/kg之间。
表8-1列出了几个国家土壤耕层的全磷含量，从表可知，我国土壤全磷含量较高，这就是为什么我们目前在施磷的同时更要注意活化土壤本身的磷素。
表8-1 世界上几个国家土壤的全磷（P）含量（mg/kg）国家标本数全磷含量国家标本数全磷含量中国8906 717 澳大利亚2217 350英国 700 加纳（草原）67 134美国863 420 西非（热带稀树干草原）503 140一般来说，随着风化作用的进行，土壤全磷含量呈下降趋势。
例如我国从北向南，土壤全磷含量有降低趋势（见表8-2）。
需要指出的是，全磷含量已经受到耕作与施肥的巨大影响，区域性土壤积累高量的全磷完全是可能的，只要土壤磷素平衡处于有盈余的情况下，必然会造成全磷的积累，磷在土壤中的淋失是很少的。
通常情况下，土壤全磷含量只是反映土壤磷的贮备情况，它和土壤有效磷供应之间相关性并不好。
当然，如果土壤全磷含量很低，作物缺磷的可能性则更大。
表8-2 我国土壤全磷含量和土壤风化程度土壤风化程度地区母质全磷含量（P，mg/kg）砖红壤广东海南花岗岩等130-260红壤及红壤性水稻土江西湖南第四纪粘土等170-360黄棕壤江苏下蜀黄土220-520黄潮土华北平原黄土性沉淀物430-960黑土、白浆土黑龙江吉林黄土性沉淀物610-1500风蚀漠境土新疆古冲积物1000-1100 土壤溶液磷（soil solution phosphorus）土壤溶液中的磷是植物最直接的磷源。
除此之外的土壤磷一般须先进入土壤溶液，然后才能被作物吸收。
因此，土壤溶液中磷的浓度常用来表征土壤供磷能力。
土壤溶液中的磷主要是以HPO42-和H2PO4-形态存在，其相对数量取决于溶液的pH。
这种关系可用图8-1表示。
图8-1 磷酸（根）离子类型与溶液pH从图中可以看出，在7.2时，HPO42-与H2PO4-各占一半。
我国南方土壤pH多呈酸性，故溶液中多以HPO42-离子形态为主；而北方土壤多为碱性、石灰性，溶液中磷多以HPO42-形态存在。
土壤溶液中除磷酸根离子外，还有或多或少的有机磷化合物，尤其是土壤有机质含量较高的土壤中更是如此。
这些可溶性有机磷化合物在一定程度上也可以被作物根系吸收利用。
尽管如此，作物对磷的主要吸收形态仍是无机态离子。
土壤溶液中的磷含量往往是很低的，无论是酸性、中性还是石灰性土壤上都是如此。
我国太湖地区土壤溶液中磷的浓度为0.03~0.09mg/l。
美国中西部土壤溶液为0.02~0.12 mg/l，平均为0.05 mg/l。
通常认为，土壤溶液中磷的浓度小于0.03 mg/l时，作物就显磷营养不足。
事实上，土壤溶液中磷是远远不能满足一季作物对磷的需要的。
换言之，作物在吸收土壤溶液中磷的同时，土壤中其它形态的磷或磷肥需不断补充溶液中被作物吸收移走的磷，这一磷量相当于土壤溶液中现有磷量的100~200倍。
在其它形态（固相）磷不断补充的条件下，不同作物对土壤溶液浓度的要求有所不同，因此把可以满足作物最高产量95%需要的土壤溶液磷浓度定为临界浓度。
几种主要农作物的磷临界浓度列于表8-3。
表8-3 作物要求土壤溶液磷浓度的临界值（mg/l）作物临界浓度文献来源水稻0.10 Hossner,et al.小麦0.30 --玉米0.06 Fox,et al.大豆0.20 Nishimoto,et al.花生0.01 Nishimoto,et al.Olsen,et al.大麦0.10(粘土)0.35(细砂壤土)马铃薯0.20 Vander,et al.高梁0.06 Nishimoto,et al.蕃茄0.20 Nishimoto,et al.卷心菜0.04 Nishimoto,et al.莴苣0.40 Fox,et al.从表中可以看出，不同作物要求的土壤溶液磷的临界浓度是很不一致的，因为不同作物根系的大小以及其生长吸收速率相距甚远。
同种作物在不同类型土壤上，这一临界浓度也相差很大，如表8-3中的大麦即如此。
土壤无机态磷（soil inorganic phosphorus）无机态磷是土壤磷的主体。
多数情况下，无机态磷可占旱地土壤全磷量的70%以上。
在水稻土中有机磷的比例略高，可占55%~70%。
土壤无机磷矿物最早被鉴定出来的是磷灰石，它以粒状矿物存在于土壤的砂和粉砂部分，或者包裹于土壤石英矿物之外。
磷灰石风化产生的各种次生含磷矿物，也有不少被确认，如在高度风化的土壤中发现了磷钡铝矿[BaAl3(PO4)2(OH)5.H2O],磷铝铈石[CeAl3(PO4)2(OH)6],以及纤磷钙铝石[CaAl3(PO4)2(OH)5.H2O]和水磷铝铅石[ＰbAl3(PO4)2(OH)5.H2O]等一系列含磷矿物。
在还原条件下的泥炭和埋藏冲积物中发现有蓝铁矿[Fe3(PO4)2 .8H2O]存在。
在美国还发现部分土壤中有银星石[ Al8(OH)3(PO4)2.5H2O]存在等。
此外，土壤中还发现磷钇矿［Y(PO4)］、独居石[Ce(PO4)]和绿磷铁矿[FeFe4(PO4)3(OH)5.2H2O]等含磷矿物的存在。
在耕地土壤中，由于长期使用磷肥而形成各种含磷化合物。
土壤中含磷化合物的种类和性质极其复杂，直接鉴定比较困难，因而，不少学者提出了粗略区分土壤中无机磷素形态的分级方法，其中被广泛采用的是张守敬等人提出的分级方法，把土壤无机磷分为水溶磷、松结合态磷、铝结合态磷（Al-P）、铁结合态磷（Fe-P）、包蔽态或闭蓄态磷(O-P)和磷酸钙盐(Ca-P)。
蒋柏藩等人提出把磷酸钙盐进一步区分为３级，即Ca2-P（磷酸二钙为主）、Ca８-P（磷酸八钙为主）和Ca１０-P（磷灰石型）。
这不仅使钙盐在化学性质上更加清楚，对阐明土壤磷有效性也十分有益。
不同土壤中无机磷的有效性有所不同。
石灰性土壤的有效磷水平主要与Ca2-P，Ca８-P和Al-P有显著相关，其次是Fe-P和Ca１０-P，与O-P几乎没有什么关系，水稻土磷素形态的一个重要特征是：在无机磷中，闭蓄态磷和铁结合态磷在数量上占有重要地位，铁结合态磷是作物磷营养的主要给源，铝结合态磷尽管也是有效的，但其数量相对较少。
而闭蓄态磷只在强烈还原条件下才可能释放。
在酸性旱地土壤上，磷的形态分布有如下次序：O-P ＞Fe-P＞Al-P≈Ca-P，在耕种良好或者使用石灰条件下，土壤中Ca-P的数量增加。
一般认为，Al-P是酸性旱地土壤中对作物磷营养贡献最大的部分，尽管其在数量上少于Fe-P。
不过，Fe-P、Ca-P也都与作物产量有较好的相关性，而O-P则基本无效。
土壤有机磷（soil organic phosphorus）从世界范围看，土壤有机磷占全磷的比例多在15%~80%。
我国土壤有机磷一般占20%~50%，但在森林和草原植被下发育的土壤也有达到50%~80%的。
土壤有机磷常与土壤有机质含量之间有良好的线性关系，土壤中的有机磷化合物一般可区分为三类，即肌醇磷酸盐、核酸和磷脂。
但是，现已知道的有机磷化合物大概只占土壤有机磷总量的一半左右。
关于我国土壤有机磷形态的研究不多，在某些水稻土中，肌醇磷酸盐可占59.7%。
土壤中的肌醇磷酸盐包括一系列酯类磷酸盐，从肌醇-磷酸到肌醇六磷酸。
土壤中较多存在的是五磷酸盐和六磷酸盐，六磷酸盐称为植酸，即六元环上每个碳原子上接一个-H2PO4基团。
植酸的钙镁盐称为植素。
原来认为这一类化合物仅来自高等植物残体，但近来认为它也是微生物活动的产物。
核酸广泛存在于生物细胞中，在微生物分解动植物残体时也可以合成。
核酸包括RNA与DNA两类，在土壤中的矿化率远大于肌醇磷酸盐类。
因而其含量远低于肌醇磷酸盐，通常小于土壤有机磷量的3%。
磷脂是指一系列对于生物有重要意义的含磷化合物如卵磷脂、脑磷脂等，磷脂虽不溶于水，但可以很容易地被土壤微生物利用，矿化速率很快，因此在土壤中含量较低。
土壤有机磷与无机磷之间同样存在矿化与生物固定两个方向相反的过程。
植物残体中的磷在土壤中是进行矿化作用还是进行生物固定作用，通常取决于其C/P。
一般来说，C/P ＜200时则出现净矿化作用，C/P介于200~300时矿化与生物固定作用基本平衡，C/P＞300时则出现净生物固定作用。
多数土壤上，有机磷的年矿化率在2%~4%，因此可以说，有机磷的矿质化在作物磷素营养中并不太重要。
值得一提的是被称作“微生物体磷”的土壤有机磷，因其易于矿化，可能对作物磷营养有重要作用。
此外，土壤微生物还具有较强的使土壤无机磷转化为有机磷的能力，在作物根际微生态系统中，土壤微生物数量巨大，它们与作物根系一样也可以促进土壤磷的释放而增加根际土壤溶液中磷的浓度。
8.1.1.2磷素在土壤中的转化磷是一个化学性质十分活跃的元素，它可以和多种其它元素进行化学反应。
施入土壤中的磷肥，经过转化之后，在性质上已不同于原来的肥料。
土壤中磷的转化包括磷的固定与释放两个基本过程，了解这些转化过程有助于我们合理地施用磷肥和提高磷肥肥效。
磷的固定（phosphorus fixation）磷肥施入土壤后，其转化过程的总趋势是向固定方向转化。
磷的固定包括水溶性磷的化学固定、吸附固定和生物固定等几个方面。
常用的磷肥大部分是水溶性的，施入土壤后，土壤中的水分或水蒸汽扩散进入肥料颗粒，使其溶解。
以磷酸一钙为例：这是一个“异成分溶解”过程，生成CaHPO4和H3PO3。
因此，在肥料粒内形成饱和液，其pH 可以低1.0。
不同磷肥所形成的饱和液离子浓度及其pH是大不相同的，参见表8-4。
表8-4 磷肥中磷化合物饱和液成分化合物分子式饱和液pH 磷(mol/L) 阳离子(mol/L)1.0 4.5 Ca2+ 1.3磷酸一钙Ca(H2PO4)2·H2O磷酸一铵NH4H2PO4 3.5 2.9 NH4+ 2.96.0 6.8 NH4+10.2焦磷酸铵(NH4)3HP2O7·H2O磷酸二铵(NH4)2HPO48.0 3.8 NH4+7.6 磷酸二钙CaHPO4 6.5 -0.002 Ca2+0.0016.5 -10-5Ca2+0.001羟基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2由于肥料颗粒内饱和液和土体在磷浓度上存在很大的梯度，因此溶液中磷向外扩散，水分不能进入肥料颗粒，直至磷酸一钙全部溶解，在施肥部位留下磷酸二钙沉淀。